一種tc16鈦合金托板螺母的冷鐓加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種TC16鈦合金托板螺母的冷鐓加工方法，屬于機(jī)械加工制造技術(shù)領(lǐng)域；進(jìn)一步屬于緊固件加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]TC16鈦合金是一種常規(guī)的鈦合金緊固件的原材料，該合金屬于高強(qiáng)度鈦合金，其不僅具有較高的力學(xué)性能，同時(shí)具有優(yōu)異的冷鐓性能，可實(shí)現(xiàn)冷鐓成形，能滿足高效、連續(xù)、自動(dòng)生產(chǎn)的要求。目前，小直徑的螺栓、螺釘和自鎖螺母均采用冷鐓方法成形。
[0003]鈦合金的氫處理技術(shù)是指在一定溫度下對(duì)鈦合金進(jìn)行滲氫，當(dāng)鈦合金中氫含量達(dá)到規(guī)定濃度時(shí)，氫可以改變鈦合金組織結(jié)構(gòu)，促使其工藝性能和力學(xué)性能得到改善。對(duì)鈦合金進(jìn)行氫處理后，再利用真空退火除氫，保證鈦合金在使用過程中不發(fā)生清脆。利用該技術(shù)降低了鈦合金β相的轉(zhuǎn)變溫度，提高了 β相的比例，從而改善了鈦合金的塑性。通過氫致塑性將更有利于鈦合金室溫變形性能，實(shí)現(xiàn)鈦合金的冷鐓成形，因此，隨著鈦合金置氫處理技術(shù)的逐漸成熟，為該方法在鈦合金冷鐓成形方面的應(yīng)用提供了可行性基礎(chǔ)。
[0004]磁脈沖成形技術(shù)是一種利用強(qiáng)脈沖磁場對(duì)受電磁力作用的金屬坯料進(jìn)行塑性加工的高能率成形技術(shù)。在塑性加工過程中成形所需要的電磁力以脈沖的形式作用于待加工金屬坯料。其作為一種綠色環(huán)保的新型加工工藝，具有成形工件精度高、成形速度快、能大幅提高材料的成形極限、模具損耗小、加工零件穩(wěn)定性高、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)勢，目前已經(jīng)應(yīng)用于航空航天、武器制造以及其他制造加工業(yè)等領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)的不足之處:
[0006]雖然TC16鈦合金冷鐓加工工藝可以生產(chǎn)部分小變形量的緊固件，但是針對(duì)托板螺母(變形量達(dá)到90%以上)這種大變形量的緊固件，現(xiàn)有的冷鐓成形工藝無法滿足變形要求，無法采用冷鐓進(jìn)行加工。然而在熱作用下，其組織結(jié)構(gòu)將發(fā)生惡化，影響其機(jī)械性能，同時(shí)熱鐓模具在熱與循環(huán)載荷的作用下，使用壽命低，生產(chǎn)成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種TC16鈦合金托板螺母的冷鐓加工方法。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種TC16鈦合金托板螺母的冷鐓加工方法，該方法包括以下步驟:
[0009]a、TC16鈦合金托板螺母還料預(yù)處理
[0010]將TC16鈦合金托板螺母坯料進(jìn)行酸洗，得到經(jīng)酸洗后的TC16鈦合金托板螺母坯料，再將經(jīng)酸洗后的TC16鈦合金托板螺母坯料清洗干凈后烘干，得到經(jīng)預(yù)處理的TC16鈦合金托板螺母還料；
[0011]b、置氫處理
[0012]將所述經(jīng)預(yù)處理的TC16鈦合金托板螺母坯料進(jìn)行置氫處理，得到經(jīng)置氫處理的坯料；以所述經(jīng)預(yù)處理的TC16鈦合金托板螺母坯料的總重量為100%計(jì)，置氫處理過程充入氫氣的量為0.6wt% -1.0wt% ；
[0013]c、固溶處理
[0014]對(duì)經(jīng)置氫處理的坯料進(jìn)行固溶處理，再經(jīng)水淬，得到經(jīng)固溶處理的坯料；
[0015]d、磁脈沖冷鐓加工成形
[0016]將經(jīng)固溶處理的坯料進(jìn)行磁脈沖冷鐓加工成形，得到加工成形的坯料；
[0017]e、除氫處理
[0018]將所述加工成形的坯料進(jìn)行真空退火處理，得到所述TC16鈦合金托板螺母。
[0019]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，所用的托板螺母坯料為本領(lǐng)域使用的常規(guī)設(shè)備，例如在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，該還料為不同直徑的TC16鈦合金棒料。
[0020]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟a中對(duì)TC16鈦合金托板螺母坯料進(jìn)行酸洗后，再依次使用丙酮、乙醇將經(jīng)酸洗后的TC16鈦合金托板螺母坯料清洗干凈；其中，酸洗的目的是除去鈦合金表面的氧化膜。
[0021]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟a中所述的酸洗操作為本領(lǐng)域的常規(guī)操作，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，酸洗所用的酸洗液為硝酸和氫氟酸的混合水溶液，所述酸洗液中硝酸、氫氟酸及水的體積比為2:1:7。
[0022]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟a中所述的烘干操作為本領(lǐng)域的常規(guī)操作，本發(fā)明對(duì)烘干的溫度及時(shí)間不作要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)需要選擇合適的烘干條件，只要確保能夠?qū)崿F(xiàn)烘干的目的即可。
[0023]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟b置氫處理過程充入氫氣的量與步驟b得到的經(jīng)置氫處理后的坯料中的氫含量相同，該氫含量是采用差重法計(jì)算得到的，即:經(jīng)預(yù)處理的TC16鈦合金托板螺母坯料的重量為m，步驟b得到的經(jīng)置氫處理后的坯料的質(zhì)量為M，則該氫含量=[(M-m)/m] X 100%。
[0024]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，步驟b中所述的置氫處理的溫度為550-800°C，保溫時(shí)間為2_4h。
[0025]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟b中所述的置氫處理過程是在氫處理爐中進(jìn)行的，置氫處理過程中氫處理爐的真空度需要保持在103Pa數(shù)量級(jí)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，步驟c中所述的固溶處理的溫度為650_750°C，時(shí)間為l_3h0
[0027]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟c中所述的固溶處理過程是在熱處理爐中進(jìn)行的。
[0028]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟c中所述的水淬為水淬至室溫。
[0029]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，步驟d中所述的磁脈沖放電電壓為l_4kV，放電電容為 100-2660 μ F。
[0030]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟d是在磁脈沖冷鐓加工成形裝置中進(jìn)行的，該裝置的示意圖如圖2所示，從圖2中可以看出，該裝置包括上平臺(tái)
1、絕緣板2、線圈3、驅(qū)動(dòng)板4、放大器5、磁脈沖成形模具6、加熱板7、絕緣板8及下平臺(tái)9 ;
[0031]步驟b可以按照以下具體操作進(jìn)行:
[0032]將經(jīng)置氫處理、固溶處理的坯料放入磁脈沖成形模具6中，將模具工裝調(diào)整好，通過磁脈沖電源對(duì)磁體(線圈3)放電而進(jìn)行磁脈沖冷鐓加工成形，通過遠(yuǎn)程電腦控制，將磁脈沖電源電容器中儲(chǔ)存的能量通過線圈放電，線圈的電流與驅(qū)動(dòng)板4上的感應(yīng)電流相作用，產(chǎn)生磁場力，驅(qū)動(dòng)磁脈沖成形模具6中的沖頭，沖擊鈦合金試樣，放電電壓為l_4kV，放電電容為100-2660 μ F，完成實(shí)驗(yàn)，得到加工成形的坯料。
[0033]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，步驟e中所述的真空退火處理的溫度為500-650°C，時(shí)間為 4-8h。
[0034]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟e中的除氫處理過程也是在氫處理爐中進(jìn)行的，除氫處理過程中氫處理爐的真空度需要保持在10 2Pa數(shù)量級(jí)；步驟e中是利用真空退火處理的方法將氫含量降低到標(biāo)準(zhǔn)值(0.012wt% )。
[0035]本發(fā)明提供的TC16鈦合金托板螺母的冷鐓加工方法在氫輔助作用下利用磁脈沖冷鐓加工技術(shù)來獲得鈦合金緊固件；即本發(fā)明的方法在置氫鈦合金室溫增塑以及磁脈沖成形提高成形極限的雙重作用下，可以提高鈦合金的室溫塑性，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)其緊固件在室溫下較快成形，并且其工裝簡單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)；
[0036]同時(shí)，鈦合金置氫處理也可以改善鈦